“脑计划”是当前创新的制高点

曼哈顿计划、阿波罗登月计划和人类基因组计划是人类历史上划时代的三项伟大科技创新计划，每项计划都带动了科技的全面创新，深刻改变了世界。

2013年4月2日，美国总统奥巴马宣布投入巨资启动“脑计划”，这是继人类基因组计划之后的又一项重大科研计划。奥巴马说，“脑计划”将给予科研人员所需资源，帮助他们获取大脑运转状态下的动态图像。“我们在人类基因组计划中每投入1美元，就会给美国经济带来140美元的回报。现在是自太空竞赛以来，美国的研发水平达到新高度的时候了。”

“脑计划”是神经科学和信息科学相互结合研究项目，是利用信息技术，对大量脑研究数据进行分析、处理，绘制出脑功能、结构和神经网络图谱，建立神经信息学数据库和神经系统全数据的全球知识管理系统，以便从分子水平、细胞水平和脑整体系统水平来“认识脑、保护脑和创造脑”。

脑组织主要由相互联接的神经元细胞组成。但科学界尚不了解大脑的工作机制，就连对只有302个神经元的蠕虫“脑”，也不能完全揭示其奥秘，对于高级动物的大脑工作机制更是基本一无所知。当前动物研究的最高水平，是用磁共振成像探测约1000个神经元，但人脑有1000亿个神经元。

近年神经信息学正朝着建立全脑神经网络图谱的方向前进。德国将大脑切成7400张20微米厚的切片，先后经过染色、光学显微镜成像，使用两台超级计算机耗时42天处理数据，完成三维重建，下一步是对25纳米的脑切片进行电子显微镜图像的三维重建；钙成像技术将钙分子相结合的基因工程蛋白质注射到大脑内，当单个神经元放电时，钙分子将会流入细胞内，进而激活染料或蛋白质；光遗传学技术利用一束光线照射大脑，经过光线照射后的神经元会留下蛋白质痕迹。这些方法可以在不介入大脑本身的情况下，获得脑内的神经元关系。

迄今为止的神经元探测技术均处于发展早期，而对科学界来说，更大的挑战在于信息处理。

科学家估计，1立方毫米的脑组织电子显微镜数据量为2000TB ，人类大脑静态数据量会高达200EB。与之相比，今天互联网上的大数据甚至连“小数据”也算不上。而人类大脑活动30秒产生的动态数据相当于哈勃太空望远镜终生获得的数据。

因此，“脑计划”的挑战首先在于：当前最先进的信息技术都无法胜任，必须开发出储存和分析这些宏大数据的新型工具。“脑计划”的一个重要挑战是开发计算机语言，以更有效地利用超级计算机的潜力。由于数据实在太大，必须让超级计算机对一些脑区的数据进行压缩，以提供资源给需要分析的问题。

“脑计划”使得神经科学和信息科学成为当今科学研究的两大热点，两大学科融合而成的神经信息学位于医学、生物学、物理学、计算机科学、数学与工程技术的交叉点。神经信息学还将从信息处理的角度出发来研究人脑，研究神经系统信息的载体形式、神经信息的产生、传输与加工，以及神经信息的编码、存储与提取机理等，并从系统和信息的角度出发，建立以生物学实际为基础的神经网络模型。

“脑计划”是人类共同的科技创新制高点。